气垫导轨实验中系统误差的分析 毕业论文.doc

本科毕业论文 题目: 气垫导轨实验中系统误差的分析 学院： 物理与电子科学学院 班级： 姓名： 指导教师： 职称 完成日期： 年 月 日 气垫导轨实验中系统误差的分析 摘要：气垫导轨是目前力学实验中较精密的实验设备。但是任何一种精密的仪器都从在着系统误差，这也是所有实验设备无法避免的一种现象，本文建立了一个修正以后的实验公式，将这种系统误差尽量回避到最小，使实验结果更加理想。在实验的基础上本文提出了一种新的处理误差的方法—修正公式法即用补偿的方法使实验结果更加理想。并且最后通过理论验证了这种方法的合理性。 关键词：气垫导轨；系统误差；绝对误差；相对误差 目 录 0 引言 1 1 气垫导轨的实验原理 1 1.1 近似无摩擦 1 1.2 精确计时 1 1.3气垫导轨的构造 1 1.4 气垫导轨的工作原理 2 2 实验部分 2 2.1 用气垫导轨实验探究牛顿第二运动定律 2 2.1.1 实验原理 2 2.1.2 实验过程 4 2.1.3实验结果及分析 4 2.2 气垫导轨实验中的系统误差 6 2.2.1 粘性阻力 6 2.2.1.1 粘滞性阻力的影响 6 2.2.1.2 降低粘性阻力对实验精度的影响 6 2.2.2 滑轮与细线间的摩擦阻力 8 2.2.2.1 摩擦阻力的影响 8 2.2.2.2 摩擦阻力的测量 9 3 结果与验证 10 3.1结果 10 3.2实验验证 10 4 结论 12 参考文献 13  1.1 近似无摩擦 气垫导轨中的滑块可以看成近视无摩擦的运动是由于与从气垫导轨配套的实验装置气泵中吹出的压缩空气可以对导轨上的滑块产生漂浮的作用，使滑块脱离气垫导轨表面而运动从而不直接与导轨接触，因此滑块在导轨上的运动可以看成近视无摩擦运动。从而可以极大的提高实验的精度与准确度。 1.2 精确计时 气垫导轨的计时装置采用光电计时的方法利用光电传感装置精确的把滑块通过电门的时刻传入到计时装置中。使计时的精度大为提高，可以达到人工计时达不到的效果。 1.3气垫导轨的构造 气垫导轨装置的组成主要由四部分组成：气泵、导轨、光电测量计时系统和滑块。（1）气泵 气泵是一个由220V电压带动的一个空气吹气泵组成，工作时接通电源打开开关则压缩空气便从气垫导轨的一端吹入到气垫导轨中。空气再从倒V形的导轨两侧的气孔中吹出可以使导轨上的滑块处在漂浮状态中。 （2）导轨 导轨主要由一根中空的两端带缓冲弹簧装置的“”形钢管制成从侧面看就是一个倒V形。导轨的一端用东西封死另一端与气泵相接通。在导轨的两侧面均匀的分布着许多开洞的小孔，当工作时压缩空气从导轨的一端输入，再从导轨两侧的小孔洞喷出对滑块产生浮力的作用。整个导轨固定在可以调节水平的刚性台座上，可以通过调节水平螺栓从而控制整个装置的整体水平度。 （3）光电测量系统 光电测量系统主要由触发器和计时系统组成，在导轨的一侧安装两个光电二极管在另一侧相应的位置安装两个触发器组成相互对应关系（此装置可以在导轨上移动）。当滑块通过触发装置时计时系统开始计时，计时系统显示的是被挡光的时间间隔。（4）滑块 滑块是由一个内表面可以精确的和气垫导轨的外表面吻合的长约15~20cm的材质较轻的角钢做成。当实验进行的时候滑块在气垫导轨空气吹力的作用下在导轨表面无摩擦的滑动。通过计时系统可以对滑块经过和离开挡光系统分别计时。  图1 图1 气垫导轨实验装置图 1.4 气垫导轨的工作原理 气垫导轨表面分布着许多微小的孔洞，工作时接通电源打开气泵的开关后，气泵中的压缩空气便从这些细小的孔洞中喷出来，则气体在导轨和滑块之间形成薄薄的一层空气薄膜即所谓的气垫，由于气垫的作用滑块的运动可以看做是无摩擦的理想运动。为实验的进行提供可靠的理论保障。 2 实验部分 2.1 用气垫导轨实验探究牛顿第二运动定律 2.1.1 实验原理 图2 用气垫导轨探究牛顿第二定律 牛顿第二运动定律是经典力学中最基本的内容，其动力学方程是一切力学的基础该公式给出了F、质量m和加速度a三关系（）系统总质量不变，合外力和加速度的关系（）合外力不变，总质量和加速度的关系。 其中m代表滑块的质量，T为连接滑块和勾码细绳的的拉力，M为滑块的质量。解方程组可得到系统所受到的合外力为 可得到系统的加速度为 由上式可以得到系统的加速度和滑块和勾码的总质量成